Nghiên cứu sự làm việc của móng bè cọc trong điều kiện địa chất công trình thành phố sóc trăng

Trong điều kiện nước ta việc tính toán thiết kế móng cọc đến nay vẫn còn sử dụng những mô hình tính theo quan điểm cho rằng cọc chỉ có tác dụng giảm lún và gia cố nền hoặc cọc chịu toàn

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

- -

PHẠM QUỐC TUẤN

NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA MÓNG BÈ –

CỌC TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG

Trang 3

i

LỜI CAM ĐOAN

Trong thời gian học tập tại trường với sự định hướng của các thầy cô, đồng thời với

sự giúp đỡ hướng dẫn của thầy TS Nguyễn Quang Tuấn Việc thực hiện đề tài luận văn cao học “Nghiên cứu sự làm việc của móng bè – cọc trong điều kiện địa chất công trình thành phố Sóc Trăng” tôi xin cam đoan các số liệu, kết quả tính toán được nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được sử dụng trong bất kỳ công trình nào khác

Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được ghi gõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Phạm Quốc Tuấn

Trang 4

ii

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện Luận văn Thạc sĩ, tôi đã nhận được

sự giúp đỡ, tạo điều kiện nhiệt tình và quý báo của nhiều cá nhân, tập thể

Trước tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến toàn thể Quý Thầy, Cô Trường Đại học Thủy Lợi Hà Nội và nhất là các Thầy, Cô tại Bộ môn Địa kỹ thuật của trường đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua Tôi xin cảm ơn vì những kiến thức cần thiết, bổ ích và những kinh nghiệm mà các Thầy, Cô đã tận tình truyền giảng lại cho tôi để tôi vận dụng vào công việc thực tiễn, góp vào hành trang trên bước đường tương lai trong cuộc sống, và có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình

hướng dẫn, chỉ dạy ân cần, truyền đạt cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm quý báu, cung cấp và đề ra định hướng trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn thầy

Tôi xin trân trọng cảm ơn Phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học - Trường Đại học Thủy Lợi đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành luận văn đúng tiến độ Tôi xin gởi lời cảm ơn đến tất cả các anh chị, các bạn cùng học lớp Cao học 24ĐKT12

đã cung cấp tài liệu, giúp đỡ và đóng góp cho tôi những kiến thức bổ ích để tôi có thể hoàn thành luận văn một cách tốt nhất

Do thời gian thực hiện đề tài có hạn và lượng kiến thức bao la vô tận nên không thể tránh khỏi những thiếu xót nhất định Tôi rất mong được sự đóng góp và ý kiến quý

Tôi xin chân thành cám ơn!

Trang 5

iii

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÓNG BÈ - CỌC 4

1.1 Tổng quan về móng bè - cọc 4

1.2 Các quan điểm thiết kế móng cọc hiện nay 5

1.2.1 Quan điểm cọc chịu tải trọng hoàn toàn 5

1.2.2 Quan điểm bè chịu tải trọng hoàn toàn 6

1.2.3 Quan điểm móng bè - cọc đồng thời chịu tải trọng công trình 6

1.3 Cấu tạo và ứng dụng của móng bè - cọc 7

1.3.1 Cấu tạo của móng bè - cọc 7

1.3.2 Ứng dụng của móng bè - cọc 8

1.4 Cơ chế làm việc của móng bè - cọc 9

1.5 Các phương pháp phân tích móng bè - cọc 12

1.5.1 Các phương pháp đơn giản 12

1.5.2 Các phương pháp có kể đến sự tương tác cọc - đất nền và bè - đất nền 19

1.6 Lựa chọn công trình áp dụng ở thành phố Sóc Trăng, tỉnh Sóc Trăng 24

1.7 Điều kiện địa chất công trình tại vị trí nghiên cứu 24

1.7.1 Đặc điểm chung của địa hình khu vực nghiên cứu 24

1.7.2 Đặc điểm chung địa chất khu vực nghiên cứu 25

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN MÓNG BÈ - CỌC 29

2.1 Phân tích tính toán theo các phương pháp thông thường 29

2.1.1 Cơ sở lý thuyết 29

2.1.2 Trình tự thiết kế móng cọc 30

2.1.3 Tính toán sức chịu tải của cọc 31

2.1.4 Cọc chịu tải trọng ngang và cọc chịu uốn dọc 36

2.1.5 Mô phỏng bài toán móng cọc chịu tải trọng toàn bộ bằng chương trình Plaxis 37

2.2 Phân tích tính toán theo phương pháp số sử dụng phần mềm Plaxis 38

2.2.1 Cọc trong đất 38

Trang 6

iv

2.2.2 Sức chịu tải của móng bè cọc 42

2.2.3 Độ lún của móng bè cọc 42

2.2.4 Mô phỏng bài toán móng cọc bè bằng chương trình Plaxis 48

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN MÓNG BÈ CỌC CHO CÔNG TRÌNH TẠI THÀNH PHỐ SÓC TRĂNG 51

3.1 Giới thiệu khái quát về công trình 51

3.2 Điều kiện địa chất công trình tại vị trí xây dựng 51

3.3 Các thông số đất nền tại vị trí xây dựng công trình 53

3.4 Số liệu đầu vào sử dụng tính toán kết cấu công trình 57

3.5 Kết quả phân tích tính toán theo từng phương pháp 59

3.6 Phân tích ảnh hưởng của các yếu tố đất nền tới hiệu quả của việc sử dụng giải pháp móng bè - cọc 72

3.7 So sánh kết quả theo các phương pháp 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81

PHỤ LỤC: HỒ SƠ ĐỊA CHẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU LUẬN VĂN 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

Trang 7

v

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1 - 1: Các phương án bố trí cọc trong đài 7

Hình 1 - 2: Cấu tạo móng bè cọc 8

Hình 1 - 3: Sự tương tác làm việc của móng bè cọc (Poulos, 2000) 9

Hình 1 - 4: Hiệu ứng nhóm cọc 11

Hình 1 - 5: Sơ đồ tính móng tuyệt đối cứng 14

Hình 1 - 6: Sơ đồ tính móng mềm theo giả thiết của E Winkler 14

Hình 1 - 7: Mô hình thí nghiệm Terzaghi 15

Hình 1 - 8: Mô hình phân tích móng bè - cọc 20

Hình 1 - 9: Mặt bằng tổng thể địa hình khu vực thành phố Sóc Trăng 25

Hình 1 - 10: Mặt bằng tổng thể vị trí khoan địa chất khu vực 25

Hình 2 - 1: Mặt bằng cọc chịu tải hoàn toàn mô phỏng bằng Plaxis 37

Hình 2 - 2: Phase Initial - Chương trình tự động phân tích 37

Hình 2 - 3: Phase - Vật liệu: Tất cả các phần tử cọc, đài được kích hoạt 38

Hình 2 - 4: Phase - Tải trọng: Gắn tải tập trung lên đài cọc 38

Hình 2 - 5: Rời rạc hóa phần tử dầm trong đất được tượng trưng bằng đường đậm nét Các vòng tròn tượng trưng cho các nút ảo của phần tử đất 38

Hình 2 - 6: Quan hệ giữa độ lún không thoát nước với tải trọng 43

Hình 2 - 7: Hệ số ảnh hưởng lún I0 45

Hình 2 - 8: Hệ số hiệu chỉnh tính nén lún, RK 45

Hình 2 - 9: Hệ số hiệu chỉnh theo độ sâu, Rh 46

Hình 2 - 10: Hệ số hiệu chỉnh hệ số Poisson, Rv 46

Hình 2 - 11: Hệ số giảm lún với L/d = 10 và móng tuyệt đối cứng 47

Hình 2 - 14: Hệ số giảm lún áp dụng cho móng mềm, trường hợp ở tâm 47

Hình 2 - 15: Hệ số giảm lún áp dụng cho móng mềm, trường hợp ở góc 48

Hình 2 - 16: Tỉ số RG0 / RG0.5 cho L/d =25 48

Hình 2 - 17: Tỉ số RG0 / RG0.5 cho L/d =100 48

Hình 2 - 18: Mặt bằng mô phỏng bằng Plaxis 49

Trang 8

vi

Hình 2 - 21: Phase - Tải trọng: Gắn tải tập trung lên bè cọc 49

Hình 3 - 1: Mặt bằng bố trí cột tầng hầm 58

Hình 3 - 2: Mô hình 3D phân tích kết cấu công trình bằng phần mềm Etabs 58

Hình 3 - 3: Mặt bằng mô phỏng bằng Plaxis vị trí chân cột giữa 61

Hình 3 - 7: Mặt bằng mô phỏng bằng Plaxis vị trí chân cột biên 63

Hình 3 - 11: Mặt bằng mô phỏng bằng Plaxis 64

Hình 3 - 15: Mặt bằng mô phỏng bằng Plaxis vị trí chân cột biên 65

Hình 3 - 19: Kết quả chuyển vị đứng 66

Hình 3 - 20: Kết quả chuyển vị ngang theo phương x 67

Hình 3 - 21: Kết quả chuyển vị ngang theo phương z 67

Hình 3 - 22: Ứng suất xung quanh đầu cọc tại y = - 4.80 67

Hình 3 - 23: Ứng suất xung quanh mũi cọc tại y = - 40.0 67

Trang 9

vii

Hình 3 - 37: Ứng suất xung quanh đầu cọc tại y = -4.50 72

Hình 3 - 38: Ứng suất xung quanh mũi cọc tại y = -30.0 72

Trang 10

viii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1 - 1: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của lớp đất tại khu vực I 26

Bảng 1 - 2: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của lớp đất tại khu vực II 27

Bảng 1 - 3: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của lớp đất tại khu vực III 27

Bảng 2 - 1: Hệ số uốn dọc φ 32

Bảng 3 - 1: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của lớp đất tại vị trí xây dựng 52

Bảng 3 - 2: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của lớp đất 1 53

Bảng 3 - 7: Bảng nội lực phân tích công trình, tại chân cột có nội lực lớn nhất 59

Bảng 3 - 8: Bảng thông số vật liệu đầu vào mô hình Plaxis 60

Bảng 3 - 9: Bảng so sánh kết quả phân tích trường hợp chiều dài cọc L=16,0m 73

Bảng 3 - 12: Bảng so sánh kết quả phân tích trường hợp chiều dài cọc L=30,0m đối với móng bè cọc và L=36,0m đối với móng cọc 76

Bảng 3 - 13: Bảng so sánh kết quả phân tích trường hợp chiều dài cọc L=30,0m đối với móng bè cọc và L=40,0m đối với móng cọc 77

Trang 11

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của Đề tài

Việc lựa chọn giải pháp móng phù hợp cho công trình có vai trò rất quan trọng Trong các giải pháp nền móng, móng cọc ngày càng được sử dụng nhiều ở Việt Nam do nhu cầu phát triển của kinh tế dẫn đến nhu cầu xây dựng công trình dân dụng và hạ tầng được mở rộng và phát triển ở khắp các vùng miền trên cả nước

Trong điều kiện nước ta việc tính toán thiết kế móng cọc đến nay vẫn còn sử dụng những mô hình tính theo quan điểm cho rằng cọc chỉ có tác dụng giảm lún và gia cố nền hoặc cọc chịu toàn bộ tải trọng từ bè truyền xuống Không giống như thiết kế móng cọc thông thường, giải pháp móng bè - cọc được thiết kế có kể đến sự làm việc đồng thời của cả cọc lẫn bè móng Ưu điểm của kết cấu móng bè – cọc là: 1) phù hợp với điều kiện địa chất khi mà lớp chịu tải tốt nằm quá sâu; 2) tận dụng và phát huy tối

đa khả năng chịu tải của bè móng, từ đó dẫn tới khả năng giảm giá thành xây dựng Các nghiên cứu của Phùng Đức Long [1], Katzenbach [2] cho thấy phần móng bè có thể tiếp nhận từ 30% đến 60% tải trọng từ công trình trong nhiều điều kiện địa chất công trình

Giải pháp móng bè – cọc là một giải pháp đã được áp dụng cho rất nhiều công trình trên thế giới Ở Việt Nam, dù còn mới mẻ song gần đây đã có những nghiên cứu về giải pháp này [1] [3] [4] Tuy nhiên, việc nghiên cứu áp dụng giải pháp móng bè – cọc cho các điều kiện địa chất công trình cụ thể vẫn còn hạn chế

Sóc Trăng là thành phố đang trên đà phát triển Việc sử dụng móng cọc cho các nhà cao tầng đang là nhu cầu thiết yếu Để thiết kế móng một cách phù hợp và kinh tế, luận văn này xem xét việc áp dụng giải pháp móng bè – cọc với điều kiện địa chất công trình khu vực thành phố Sóc trăng, từ đó đưa ra phương án thiết kế tối ưu cho các kỹ sư

2 Mục đích của Đề tài

Nghiên cứu áp dụng phương án móng bè - cọc cho điều kiện đại chất thành phố Sóc

Trăng

Trang 12

2

3 Nội dung nghiên cứu

4 1 Cách tiếp cận

Giới thiệu những nghiên cứu về sự làm việc đồng thời của móng và bè móng công trình của các tác giả Việt Nam và thế giới

công trình tại thành phố Sóc Trăng

Tính toán một công trình cụ thể để phân tích ảnh hưởng của các điều kiện đất nền tới thiết kế móng

Nghiên cứu lý thuyết về phần tử hữu hạn (FEM), các phầm mềm tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn chuyên ngành

Mô phỏng một công trình cụ thể Thay đổi thông số hình học của hệ móng cọc đài bè

để thu thập số liệu, phân tích để xây dựng các biểu đồ tương quan

Thay đổi các thông số về cọc, đất nền để tìm ra những kết luận tổng quát cho bài toán móng cọc - đài bè

Phương pháp nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thử nghiệm

số trên mô hình toán

5 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

6 Kết quả đạt được

Nghiên cứu được sự tương tác giữa móng bè và cọc

Nghiên cứu được sự chuyển vị của hệ móng bè - cọc trong đất nền, đồng thời có sự đánh giá ảnh hưởng qua lại giữa cọc với cọc phía dưới công trình

Trang 13

3

Đánh giá được sức chịu tải của hệ móng bè cọc Từ đó, đề xuất lựa chọn các giải pháp thiết kế đảm bảo an toàn chịu lực của công trình và tối ưu hóa chi phí xây dựng công

7 Nội dung, bố cục của luận văn

Với nội dung như trên, báo cáo của luận văn gồm ba chương nội dung chi tiết và phần kết luận

Chương 1: Tổng quan về móng bè cọc

Chương 2: Cơ sở lý thuyết phương pháp phân tích tính toán móng bè – cọc

Chương 3: Kết quả phân tích tính toán móng bè – cọc cho công trình dự kiến

Phần kết luận: Đánh giá các vấn đề mà luận văn đã giải quyết được, khả năng ứng dụng của đề tài vào việc thiết kế các công trình thực tế, nhiệm vụ cần tiếp tục nghiên cứu trong giai đoạn tiếp theo nhằm xây dựng hoàn chỉnh phương pháp tính

Trang 14

Giải pháp sử dụng móng bè - cọc không giống như thiết kế móng cọc thông thường,

thiết kế có kể đến sự phân phối tải trọng bên trên xuống nền đất dưới bè móng và cọc

thời với nhau gồm có các cọc, bè và nền đất bên dưới Trong đó, bè có chức năng liên kết và phân phối tải trọng từ chân kết cấu bên trên đến các cọc và truyền một phần tải trọng xuống đất nền tại vị trí tiếp xúc giữa bè và nền đất; cọc có chức năng truyền tải trọng xuống nền đất dưới chân cọc qua sức kháng mũi và truyền tải trọng vào nền đất xung quanh qua sức kháng bên

Ưu điểm của kết cấu móng bè - cọc là:

cũng ngắn hơn

lệch Cọc giữ vai trò như bộ phận giảm lún

của cọc

Bên cạnh những ưu điểm, việc phân tích và áp dụng móng bè - cọc vào thực tế vẫn tồn

Trang 15

5

tại một số khó khăn, nhược điểm như:

đánh giá và phản ánh rõ vai trò của bè móng, đất và hệ thống cọc

trình Theo Nguyễn Thanh Sơn [3] một phân tích đầy đủ tương tác bè - cọc với nền đất cần thiết phải xét đầy đủ các yếu tố: Sức chịu tải tới hạn của móng dưới tác động của tổ hợp tải trọng; Ảnh hưởng của tác động có tính chất chu kỳ đến ứng xử của móng; Độ lún tổng thể của móng; Độ lún lệch giữa các khối nhà và với công trình lân cận; Ảnh hưởng giữa móng bè với cọc, giữa các cọc với nhau; Ảnh hưởng của động đất bao gồm cả những trận động đất kích thích, khả năng hóa lỏng của đất và phản ứng động của kết cấu dưới tác động của tải trọng gió,…

1.2 Các quan điểm thiết kế móng cọc hiện nay

Hiện nay, việc thiết kế móng cọc chịu tải trọng cho công trình có nhiều quan điểm tính

thể kể đến một số quan điểm thiết kế móng cọc hiện nay như sau:

1.2.1 Quan điểm cọc chịu tải trọng hoàn toàn

Là quan điểm thiết kế cọc được xem là truyền thống và áp dụng rộng rãi, trong đó cọc được thiết kế để tiếp nhận toàn bộ tải trọng của công trình truyền xuống mà không kể tới sự tham gia chịu tải của nền đất dưới đài cọc Trong tính toán, hệ móng còn tính như móng cọc đài thấp với nhiều giả thiết gần đúng như:

cọc, do đó cọc chỉ chịu kéo hoặc nén

móng

Trang 16

6

hiệu quả kinh tế, đo đó đây là một phương án thiết kế móng cọc lãng phí

1.2.2 Quan điểm bè chịu tải trọng hoàn toàn

Kết cấu bè được thiết kế để chịu phần lớn tải trọng tác dụng lên móng, các cọc chỉ nhận một phần nhỏ tải trọng truyền xuống, cọc được bố trí hạn chế cả về số lượng sức chịu tải với mục đính chính là gia cố nền, giảm độ lún trung bình và lún lệch Độ lún của móng thường lớn, vượt quá độ lún cho phép, ngoài ra với tải trọng công trình lớn, tính theo quan điểm này thường không đảm bảo sức chịu tải của nền đất dưới móng

1.2.3 Quan điểm móng bè - cọc đồng thời chịu tải trọng công trình

đến đầy đủ sự tương tác giữa các yếu tố đất nền - bè - cọc Trong quan điểm này, các cọc ngoài tác dụng giảm lún cho công trình, còn phát huy hết được khả năng chịu tải,

do đó số lượng cọc ít hơn, chiều dài cọc ngắn hơn Khi cọc đã phát huy hết khả năng

trên nền thiên nhiên

Trong quan điểm này, độ lún của công trình thường lớn hơn so với quan điểm cọc chịu tải hoàn toàn nhưng về tổng thể, nó vẫn đảm bảo nằm trong quy định với một hệ số an toàn hợp lý, do đó quan điểm tính toán này cho hiệu quả kinh tế tốt hơn so với quan điểm cọc chịu tải trọng hoàn toàn Tuy nhiên, quá trình tính toán phân tích cần sử dụng các mô hình phức tạp hơn, do đó hiện nay quan điểm này chưa được áp dụng phổ biến rộng rãi

Trên cơ sở giả thiết và mô hình, phương pháp tính toán móng bè - cọc được phân thành các nhóm như sau:

Trang 17

7

1.3 Cấu tạo và ứng dụng của móng bè - cọc

1.3.1 Cấu tạo của móng bè - cọc

của cọc và tận dụng được một phần sức chịu tải của nền đất dưới đáy bè Móng bè - cọc còn được gọi là móng bè trên nền cọc

cọc, đồng thời truyền một phần tải trọng xuống đất nền tại vị trí tiếp xúc giữa đáy bè

và đất nền Bè có thể làm dạng bản phẳng hoặc bản dầm nhằm tăng độ cứng chống uốn

kháng mũi và vào nền đất xung quanh cọc thông qua sức kháng bên Có thể bố trí cọc

mục đích của người thiết kế, nhằm điều chỉnh lún không đều, giảm áp lực lên nền ở đáy bè hay giảm nội lực trong bè

Cách bố trí cọc trong đài thường theo nguyên tắc trọng tâm nhóm cọc trùng hoặc gần với trọng tâm tải trọng công trình Giải pháp này có ưu điểm là tải trọng xuống cọc được phân bố hợp lí hơn; tính làm việc tổng thể của nhóm cọc tốt hơn

Trang 18

bù đắp lại sự yếu kém của nền đất

thích hợp với kết cấu ống, kết cấu khung vách

nghiệp là diện tích mặt bằng lớn, cấu tạo địa chất thường không ổn định; cọc sử dụng trong công trình này thường có tác dụng chính là gia cố nền, giảm độ lún lệch và lún tuyệt đối

công trình này là chịu tải trọng lớn, có quy định nghiêm ngặt về độ lún tuyệt đối và lún lệch

Trang 19

9

1.4 Cơ chế làm việc của móng bè - cọc

dụng được khả năng chịu tải của đất nền bên dưới móng bè và làm giảm thiểu moment uốn trong móng bè Tính chất nổi bật của móng bè -cọc là sự ảnh hưởng tương hỗ giữa đất và kết cấu móng trong quá trình chịu tải

truyền qua đất nền bên dưới thông qua áp lực tiếp xúc của đất nền ký hiệu là R, và

cọc là:

Trang 20

cọc mà không có sự tiếp xúc với đất bên dưới móng bè Việc ảnh hưởng của cọc đến

độ lún của móng bè tùy thuộc vào hệ số phân phối tải trọng, mà hệ số tải trọng lại phụ thuộc vào số lượng và chiều dài các cọc

Cơ chế làm việc và sự tác động qua lại giữa kết cấu móng bè - cọc và nền đất dưới bè

khi tải trọng truyền xuống (gồm tải tập trung tại các vị trí chân cột), bè móng sẽ trực tiếp tiếp nhận các tải trọng này, sau đó phân phối một phần cho các cọc và một phần truyền thẳng xuống nền đất bên dưới Sự phân phối này phụ thuộc vào việc bố trí các cọc, độ cứng của nền đất và độ cứng kháng uốn của đài

được truyền xuống cho các cọc và một phần được phân phối cho nền đất dưới bè

vị của đài, chuyển vị của cọc và việc bố trí các cọc

+ Ảnh hưởng của cọc: Cơ chế làm việc của cọc là nhờ được hạ vào các lớp đất tốt phía dưới nên khi chịu tác động của tải trọng đứng từ đài móng nó sẽ truyền tải trọng này xuống lớp đất tốt thông qua lực ma sát giữa cọc với đất và lực kháng ở mũi cọc làm cọc chịu kéo hoặc nén Trong quá trình làm việc cọc còn chịu thêm các tác động phức tạp khác như: hiệu ứng nhóm cọc, lực ma sát âm Do có độ cứng lớn nên cọc tiếp nhận phần lớn tải trọng từ móng bè truyền xuống và một phần do nền tiếp nhận

cọc Khi khoảng cách các cọc khá lớn (khoảng cách cọc lớn hơn 6D, với D là đường

Trang 21

11

kính cọc) thì cọc làm việc như cọc đơn

Xét cọc và nhóm cọc trên hình 1-3, các đường cong trên hình 1-3a thể hiện đường đẳng ứng suất do cọc đơn gây ra, còn ở hình 1-3b, ta thấy ứng suất ở giữa nhóm cọc sẽ

do tải trọng truyền từ nhiều cọc tới, do đó ứng suất dưới nhóm cọc lớn hẳn lên Nếu mỗi cọc trong nhóm cọc và cọc đơn cùng chịu một tải trọng làm việc thì độ lún của nhóm cọc lớn hơn độ lún của cọc đơn [6]

Pu, nhóm cọc – Sức chịu tải của nhóm cọc

Pu, cọc đơn – Sức chịu tải của một cọc đơn

Khi đóng hoặc ép cọc vào đất hạt thô trạng thái rời hoặc chặt vừa, đất sẽ chặt lên, do

đó cải thiện được sức chịu tải của từng cọc η ≈ 1

Còn khi đóng hoặc ép cọc vào đất dính, cấu trúc đất bị xáo trộn, sức chịu tải giảm xuống nhiều Sau một thời gian cọc nghỉ, sức kháng cắt sẽ phục hồi dần nhưng ít khi

Trang 22

12

phục hồi được 100% Vì vậy, η ≈ 0,8 ÷ 0,9

Tóm lại: Sự làm việc của hệ đài cọc - cọc - đất nền là một hệ thống nhất làm việc đồng

thời cùng nhau và tương tác lẫn nhau rất phức tạp Sự tương tác đó phụ thuộc vào độ cứng kháng uốn của đài cọc, độ cứng của nền đất (đáy đài), độ cứng của cọc (khả năng chịu tải và bố trí cọc) Nhờ vào sự tương tác đó mà tải trọng được phân phối xuống nền đất gây ra chuyển vị của nền, chuyển vị này phân phối lại tải trọng cho kết cấu bên trên từ đó có tác dụng điều chỉnh chênh lệch lún, giữ được độ ổn định không gian cho móng

1.5 Các phương pháp phân tích móng bè - cọc

1.5.1 Các phương pháp đơn giản

Phương pháp này dựa trên quan niệm tính toán xem toàn bộ tải trọng công trình do cọc chịu

áp lực đất bị động của đất trong phạm vi đài cọc, để cho các cọc không bị tác dụng của lực ngang mà chỉ hoàn toàn làm việc chịu nén

Trang 23

13

Trong đó :

Phương pháp này dựa trên quan niệm tính toán xem toàn bộ tải trọng công trình do bè chịu lực, cọc chỉ có tác dụng chính gia cố nền và giảm lún

Theo phương pháp này, tuỳ theo độ cứng của bè mà ta xem bè như móng cứng tuyệt đối hoặc móng mềm

cột từ khung truyền xuống, tính tổng lực nén ΣN do các cột truyền xuống móng:

của Sức bền vật liệu:

y x

Trang 24

14

y

x N

e

B L

Trang 25

15

thước móng (B x L); Chiều sâu chôn móng; Cấu tạo từng loại đất;… Có nhiều phương

+ Thí nghiệm bàn nén: Năm 1955, Terzaghi đã công bố các kết quả nghiên cứu về hệ

thí nghiệm bàn nén với kích thước 0,3m x 0,3m, chất tải để tìm mối quan hệ giữa ứng suất gây lún và độ lún:

E P

Hệ số nền được xác định bằng công thức:

min z min

Trang 26

16

kết quả thí nghiệm bàn nén nêu trên có dạng như sau:

đổi từ móng vuông có cùng áp lực tác động trên 2 móng sẽ có dạng như sau:

z(BxB) z

Trang 27

f f

E B0,65

E1

+ Thí nghiệm cố kết:

thức:

2 1 z

r1 r2

σ -σ

C =

e -e

kế cũng có, vì tài liệu khoan địa chất hoặc xuyên tĩnh nếu có cũng chỉ cung cấp số liệu liên quan đến việc tính cường độ và biến dạng (phân loại đất, dung trọng tự nhiên γ, góc ma sát trong φ, lực dính c, hệ số rỗng ε, module biến dạng E, cường độ tiêu chuẩn

bảng này là một khoảng giá trị dao động khá lớn nên kết quả có được chỉ là tương đối chính xác

e

Trang 28

18

Cách thứ nhất dựa vào phân loại đất và độ chặt của lớp đất dưới đáy móng:

Trang 29

C z (daN/cm 3 ) (3)

0,8 1,0 1,2

3,0 2,2 2,6

1.5.2 Các phương pháp có kể đến sự tương tác cọc - đất nền và bè - đất nền

Phương pháp này là một phương pháp gần đúng, trong đó cọc và đất tượng trưng bởi các lò xo có độ cứng thích hợp và có ảnh hưởng tương hỗ qua lại, còn móng bè được phân thành nhiều phần tử tấm chịu uốn

Móng bè được mô hình bằng phần tử dầm hoặc bằng phần tử tấm hoặc cả hai Móng

tượng trưng cho cọc và đất có kể đến ảnh hưởng tương hỗ giữa bè, cọc và đất nền

Trang 30

20

cọc với móng bè) mà ta xác định sự tương tác giữa cọc với cọc và giữa cọc với móng bè; xác định sự tương tác áp lực ở bề mặt với đất và giữa áp lực bề mặt với cọc; xác định sự phân chia tải trọng công trình lên bè và lên cọc

Sự tác dụng giữa các phần tử cọc:

iKjL jL iKjL

EsiKjL - Modun đàn hồi tương đương giữa hai lớp đất thứ I của cọc thứ K và lớp đất thứ

j của cọc thứ L

Trang 31

21

Một cách tổng quát, đối với nhóm cọc có khoảng cách giữa các cọc càng lớn thì mođun của đất nền sẽ giảm dần khi tải trọng của cọc gia tăng trong một vòng bán kính nhỏ của đất ở xung quanh cọc Đối với nhóm cọc có khoảng cách giữa các cọc nhỏ thì mođun khối của khối đất bao quanh cọc sẽ giảm

Vì thế, cần phải đưa ra một bán kính giới hạn chung quanh cọc, nếu khoảng cách giữa các cọc lớn hơn bán kính giới hạn thì không có sự tương tác xảy ra

Bán kính giới hạn được xác định như sau:

Sự tương tác giữa cọc với đất ở bề mặt được xác định theo phương pháp phần tử biên tương tự như sự tương tác giữa cọc với cọc Tính phi tuyến của đất được xét đến bằng cách cho các hệ số ảnh hưởng chuyển vị có giá trị là hằng số không phụ thuộc vào tải trọng

Sự tương tác giữa áp lực bề mặt với đất trong nhiều lớp được xác định theo phương trình Steinbrenner đối với tải trọng trên tấm cứng trên nền bán không gian hữu hạn

Sự tương tác giữa áp lực bề mặt với cọc cũng được xác định từ phương trình Steinbrenner đối với chuyển vị tại một điểm có độ sâu đặc trưng ζ.l bên dưới mặt đất Theo Poulos đề nghị lấy ζ = 0,33

Trang 32

22

Được áp dụng theo phương pháp cộng tác dụng, trong đó giả thiết phần tử của hệ thống nền và móng ứng xử theo quy luật đàn hồi

Sự tương tác giữa cọc và bè được biểu diễn thông qua quan hệ sau:

Trong đó, những số hạn không phụ thuộc đường chéo thể hiện sự tương tác giữa bè và

mềm của bè không ảnh hưởng đáng kể đến tỷ số giữa tổng tải trọng với độ lún (theo Barkan, 1962) nên có thể dùng kết quả của móng bè cứng theo Poulos và Davis (1974)

Ví dụ, một bè chữ nhật có bề rộng B và chiều dài L trên nền đất đàn hồi có mođun trượt G và hệ số Poission ν:

Trang 33

k = =4a.

Độ cứng của một nhóm cọc khi kể đến ảnh hưởng nhóm được tính như sau Đối với n

(1-α )k P

=

P +P k +(1-2 α )k (1 - 30)

Trang 34

1.6 Lựa chọn công trình áp dụng ở thành phố Sóc Trăng, tỉnh Sóc Trăng

Tên công trình: Cao ốc Siêu thị tổng hợp Ánh Quang Plaza

Địa điểm xây dựng: Thành phố Sóc Trăng, tỉnh Sóc Trăng

1.7 Điều kiện địa chất công trình tại vị trí nghiên cứu

1.7.1 Đặc điểm chung của địa hình khu vực nghiên cứu

Nhìn chung, địa hình tự nhiên khu vực thành phố Sóc Trăng tương đối bằng phẳng, khu vực dân cư tập trung đông đúc và các công trình nhà cao tầng tại trung tâm các phường 1, 2, 3; các khu vực phường khác dân cư tương đối thưa thớt; ngoài ra khu vực xung quanh thành phố còn diện tích đất trồng cây lâu năm và ruộng lúa khá lớn

Trang 35

25

1.7.2 Đặc điểm chung địa chất khu vực nghiên cứu

Địa chất khu vực thành phố Sóc Trăng, tỉnh Sóc Trăng chủ yếu là cát phù sa có chiều dày rất lớn tại lớp mặt do được bồi đắp qua quá trình kiến tạo cũng như một lượng lớn phù sa từ thượng nguồn sông Mê Kong mang tới Một số khu vực có lớp đất ở trạng thái chặt vừa, phù hợp cho việc chọn giải pháp thiết kế nhà cao tầng tạo cảnh quan phát triển cho đô thị

Căn cứ các tài liệu địa chất thu thập, có thể phân chia địa chất khu vực thành phố Sóc Trăng thành 3 khu vực với các đặc điểm về địa chất, các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng cho từng khu vực đó như sau:

Khu vực I: Là khu vực có lớp Cát bụi màu xám vàng trạng thái chặt vừa, có chiều dày

Trang 36

26

khoảng từ 0,0m – 6,5m, có đôi chổ phân bố đến độ sâu khoảng 10m

Lớp đất này chủ yếu tập trung ở khu vực phường 3 và một số khu vực tiếp giáp với phường 2, thành phố Sóc Trăng

Bảng 1 - 1: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của lớp đất tại khu vực I

dẻo mềm phân bố đến khoảng độ sâu 24,6 - 35,0m

Lớp đất này phấn bố chủ yếu tập trung ở khu vực phường 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10

Trang 37

27

Bảng 1 - 2: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của lớp đất tại khu vực II

Bảng 1 - 3: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của lớp đất tại khu vực III

Trang 38

28

cao nhờ sự làm việc của hệ bè và các cọc với nền đất là một hệ thống nhất làm việc đồng thời cùng nhau và tương tác lẫn nhau rất phức tạp Tuy nhiên tùy theo quy mô công trình, đặc điểm địa chất và tính chất của công trình cần phải lựa chọn giải pháp

tải trọng lớn cho phép tận dụng tối đa khả năng chịu lực của cọc và bè, làm giảm khả năng lún lệch giúp công trình ổn định và tránh lãng phí trong việc lựa chọn giải pháp móng công trình

Qua kết quả khảo sát địa chất các khu vực nêu trên, tại khu vực II và III (là các Phường 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) thì những khu vực này có lớp địa chất yếu phân bố tương đối dày việc sử dụng giải pháp móng bè - cọc sẽ không mang lại hiệu quả vì lúc

đó cọc được cắm rất sấu phía dưới đất tốt, sự tương tác giữa bè và nền đất phía dưới gần như không đáng kể Do đó, chỉ có khu vực I (thuộc Phường 3) là có thể áp dụng tốt giải pháp móng bè - cọc

Trang 39

29

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN MÓNG BÈ - CỌC

Đối với công trình xây dựng đặc biệt là các công trình cao tầng có nhìu phương pháp

để tính toán kết cấu móng như các phương pháp tính toán thông thường sử dụng móng cọc chịu lực toàn bộ do tải trọng phần kết cấu bên trên truyền xuống và phương pháp móng bè cọc như: Phương pháp giải tích kết hợp phần tử biên, phương pháp phần tử hữu hạn trong phần mềm Plaxis

pháp thông thường dùng giải pháp cọc chịu lực toàn bộ công trình và phương pháp dùng phần tử hữu hạn để tính toán kết cấu móng bè cọc chịu lực Qua kết quả tính toán của 2 giải pháp nhằm so sánh hiệu quả cũng như đánh giá được những thuận lợi và hạn chế của từng giải pháp để từ đó đề xuất việc lựa chọn giải pháp phù hợp nhất cho từng công trình cụ thể

Phương pháp tính toán dựa trên quan niệm là xem toàn bộ tải trọng công trình do hệ cọc chịu

2 1.1 Cơ sở lý thuyết

lực cho công trình

+ Có nhiều cơ sở lý thuyết tính toán

+ Với chiều dài cọc lớn nên cọc có thể xuyên qua các lớp nước hoặc đất yếu để truyền tải trọng xuống các lớp đất tốt nằm ở dưới sâu phía dưới bằng mũi cọc, đồng thời tải trọng cọc truyền qua các lớp đất xung quanh cọc bằng sự ma sát giữa cọc và đất

+ Giúp lèn chặt đất rời để tăng khả năng chịu tải của đất

+ Chịu được tải trọng ngang và tải trọng nghiêng lớn

Trang 40

30

+ Do giải pháp là dùng toàn bộ cọc chịu lực nên không xét đến áp lực đất tiếp xúc ngay phía dưới móng nên cọc phải được thiết kế với chiều dài cọc lớn, số lượng cọc lớn gây lãng phí cho công trình

+ Với chiều dài cọc lớn được đưa xuống nền đất nên việc kiểm soát chất lượng cọc khó khăn như gặp đá tản gây ra gãy cọc khi khảo sát địa chất không phát hiện đá tản, cọc dễ bị xiên do quá trình thi công cọc không xuống thẳng, quá trình vận chuyển cọc

+ Thời gian thi công kéo dài do phải di chuyển giàn ép, đóng

+ Không kiểm soát được các mối nối cọc

2.1.2 Trình tự thiết kế móng cọc

Quá trình thiết kế móng cọc có thể theo trình tự như sau:

nhóm cọc

Định dạng
Số trang	107
Dung lượng	7,43 MB